第3章 加工技術

3.1 鑄造

3.1.1 概述

鑄造是金屬材料成型工藝之中的一種工藝方法。鑄造是將熔融金屬澆入鑄型，經凝固后獲得有一定形狀和性能的金屬物件的成型方法。利用鑄造方法獲得的金屬物件稱為鑄件。

3.1.1.1 鑄造分類

鑄造分類如圖3-1所示。

3.1.1.2 鑄造生產在機械制造中的地位和作用

在機械制造工業中，多數機械零件是用金屬材料制成的。如果這些零件完全利用機械加工方法切削成型，則不但要浪費金屬材料，而且要耗費大量的加工工時。為了減少加工工時，節省金屬材料，提高經濟效益，一般是先將金屬材料制成與零件形狀相似的毛坯件。制造毛坯件常用的方法有鑄造、鍛壓和沖壓等。

在一般機械中，鑄件占整個機械重量的40%~90%；在農業機械中占40%~70%；在金屬切削機床中占70%~80%；在重型機械、礦山機械、水力發電設備中占80%以上。在國民經濟的其他部門中，鑄件也得到了廣泛的應用。

隨著改革開放的深入，我國國民經濟取得了持續的發展，年產各類鑄件的總產量達千萬余噸，穩居世界第一；鑄造企業的裝備條件有了很大的改善；在鑄件產品質量方面，我國大多數骨干企業已達到國際水平；不少生產出口鑄件的企業，外方已確認其產品可以免檢；還有不少企業已具備使其鑄件質量達到國際先進水平的條件。

3.1.1.3 鑄件的特點

鑄件能夠得到如此廣泛的應用，是因為它具有以下優點：

①適應性強。制造機械零件常用的材料，如鐵、鋼和各種非鐵合金等都能進行鑄造。鑄件的輪廓尺寸可小到幾毫米，大到十幾米；其質量可小至幾克，大到數百噸。用鑄造方法生產的鑄件，不僅可以有復雜的外形，還可以有復雜的內腔。鑄造生產既適用于單件小批量生產，也適用于大量成批生產。

②成本低廉。鑄件的形狀和尺寸與機械零件相近，節省了大量的金屬材料和加工工時；生產中的金屬廢料和廢件，可以回爐重熔；鑄件的生產周期短，投資少。

鑄造生產在我國有著悠久的歷史，據出土文物考證和文獻記載，我國的鑄造技術已有6000年的悠久歷史，是世界上最早掌握鑄造工藝的文明古國之一。鑄造技術的成就推動了農業生產、兵器制造及天文、醫藥、音樂、藝術等方面的進步。毫不夸張地說，鑄造在我國古老的歷史上占有極其重要的地位。遠在青銅器時代和封建社會的前期，大部分青銅器件和鐵器件都由鑄造成型，這一點和歐洲主要使用鍛造成型有所不同。聰明的古代鑄造匠師們以其精湛的技藝創造了一系列優秀技術，從而譜寫了留芳于后世的鑄造史。

在我國夏代，就開始采用陶范(泥型)鑄造青銅手工器具和農具，它對商周社會的發展起到了重大作用，從而造就了舉世聞名的以葬器鑄造為特征的燦爛的商周青銅文化。鑄接工藝到商代晚期已臻成熟，并具有各種形式。最著名的司母戊大方鼎，高1.33 m、長1.16 m、寬0.79 m，重達879 kg，經X射線探傷檢測，認定其鼎耳就是用鑄接工藝同鼎體連接的。春秋戰國時期，陶范鑄造技術有了新的發展，突出表現在編鐘和劍的鑄造上。湖北隨縣曾侯乙大型編鐘群共65枚，總重達2.5 t，每鐘可發出兩種樂音。它的出土，引起了國內外普遍重視，被譽為“世界第八大奇跡”。形狀極其復雜的甬鐘，鑄型分為兩段四個層次，由百余塊范芯組成。湖北江陵出土的越王勾踐劍，至今光亮無銹，鋒利如新，劍首同心圓薄壁構造，厚僅0.4 mm，系鑄造成型。

鑄鐵，是生鐵冶鑄技術在世界上最先發現并得以廣泛使用的一項發明，是世界冶金史上具有重大意義的事件，并由此而形成了東西方古代鋼鐵技術的不同發展途徑——東方的鑄鐵文化和西方的鍛鐵文化。我國最早的鑄鐵實物出現于春秋中期(公元前六七世紀)。就對中國社會歷史發展的影響來說，鑄鐵所起的作用繼古代四大發明之后，稱為中國第五大發明是當之無愧的。

為了制造更復雜的器形和紋飾，到西周東周之交，在陶范鑄造的基礎上，我國又發明了熔模(失蠟)鑄造工藝。1978年湖北隨縣出土的戰國初期的青銅尊和盤，就是我國先秦熔模鑄造產品的例證。銅尊中形狀與范紋最復雜的部位是頸部的透空附飾，它由3個層次的銅撐、銅梗和紋飾組成，經考古反復論證，屬于熔模鑄造的鑄件。再如西漢的鎏金長信宮燈、明代渾儀、乾隆朝鐘均是用熔模鑄造的享有盛譽的精密鑄件。

西漢時期云南滇池生產的貯貝器、銅兵器，有的由數百個動物、人物鑲鑄成型，有的盤繞著牛、虎、蛇等動物形象，具有熔模鑄造藝術鑄件的典型特征。該文物的出土是這一工藝在邊遠少數民族地區得以應用的重要例證。

到清代，宮廷手工業就采用熔模鑄造法作為創作藝術鑄件的主要方法。從早期的青銅尊、盤透空附飾，到現今的無余量葉片，顯然有其內在的歷史聯系與淵源。

隨著生鐵冶鑄技術的發展和鑄鐵性能的提高，采用鐵范(鑄鐵金屬型)成批鑄造生鐵器件，是我國冶鐵術的重大創造，曾引起國內外的廣泛重視。漢代至南北朝，我國鐵范的應用范圍逐步擴大，斧、鋤、鐮等農具都采用鐵范來生產。唐宋時期犁鏵、犁鏡，鴉片戰爭期間的鑄炮等，也都是采用鐵范鑄制的。我國1942年出版的《鑄炮鐵模圖說》一書中詳細記述了鐵范制作工藝及其優點，鐵范鑄件質量好、生產成本低、節省工時，適于戰時使用等，這可稱得上是世界最早闡述鑄鐵金屬型的專著，也說明我國使用鑄鐵金屬型有較長的歷史。

到春秋中、晚期，我國開始采用層疊鑄造，批量生產小型鑄件的先進技術，如鑄造青銅刀幣。它不僅能減少作業面積，提高生產率，還可以改善鑄件質量。到漢代疊鑄技術應用得更為廣泛，如用來制作錢幣、車馬器等，規范化的程度更高。至今疊鑄仍在我國一些手工操作和個別機器造型的廠家中應用，這是一種深受工人喜歡的工藝。

唐代以后，大型、特型、特大型鑄件的不斷涌現，表明中世紀我國冶鑄生產的宏大規模。現存著名的大型鑄件有滄州鐵獅(約40 t)、正定銅佛(約50 t)、當陽鐵塔(約53 t)、蘭州鐵柱(約14 t)、永樂大鐘(約46 t)等。目前，我國各地可見的大型鑄件還有鼎、爐、旗桿、鐵牛、大炮、渾儀和針灸銅人等，其鑄造方法有分段接鑄、分鑄組裝和整體澆注3種。造型、制芯工藝大多為先做好蠟模或其他材質的實樣，外型用泥范分組分段成型，泥芯一般是做成整體的，如滄州獅用409塊泥范作出外形，泥芯就是整體的。隋唐以來，大型銅、鐵鑄件生產規模之大，鑄造技術難度之高，在世界上是罕見的。

總之，我國古代的鑄造工匠，在長期實踐中表現出了卓越的才能、無窮的智慧及驚人的創造力，為鑄造業的發展作出了巨大的貢獻。上述商周陶范鑄造、傳統熔模鑄造、生鐵冶煉技術、鑄鐵金屬型、層疊鑄造和大型鑄件鑄造等重大技術成就，使我國古代的鑄造工藝，從商代中、晚期到產業革命前，一直處于世界領先地位。其中有些鑄造工藝，雖然經歷了幾千年的發展和演變，但仍沿用至今，受到廣大鑄造工作者的歡迎。

由于中國封建社會的歷史過于漫長，進入近代后，中國鑄造技術長期處于停滯狀態，中華人民共和國成立后，我國的鑄造技術又有了很大的發展，突出地表現在3個方面：造型、制芯的機械化自動化程度明顯提高；取代干型黏土砂和油砂的化學硬化砂的廣泛應用；鑄造工藝技術由憑經驗走向科學化。這對于提高生產效率，降低勞動強度，改善鑄件的內在質量和外觀質量，節約原材料及能源起了重大作用。

世界各國都很重視鑄造生產的機械化自動化程度，經歷了三個發展階段：單機開發，提供成套工藝設備；普及機械化、自動化生產線到機電一體化；電子計算機等自控系統在鑄造工藝、設備和管理中應用。我國從20世紀50年代初紡織機械行業(上海中國紡織機械廠、山西經緯紡織機械廠)自行設計、投產的機械化造型的鑄造車間開始，先后在機床、汽車、拖拉機等企業從國外引進了機械化造型生產線，從此結束了我國長期沿襲下來的單一的手工造型方法，進入了機械化生產年代。低噪聲的氣動微震造型機是批量生產中、小鑄件，較為經濟、應用最廣泛的一種造型設備。由于它使用的砂箱簡單、動力源單一、靈活性大、對型砂無特殊要求等特點，近幾年的實踐證明，由一對或兩對造型機為主機布線的機械化、半自動、自動造型線具有投資少、周期短、可靠性高、操作維修方便等優點，特別是具有穩定可靠的生產率，為中小企業帶來了可觀的效益。但是，這種設備生產的砂型緊實度較低，起模斜度較大，生產出的鑄件精度和表面質量仍不理想，用來生產壁厚(3.5~4.0) mm±0.5 mm的鑄件十分困難。20世紀60年代以后，在大批量生產鑄鐵件的鑄造車間又開發了高壓造型生產線。高壓造型的主要優點是：由于機械化自動化程度高，因而生產效率很高，一般200型/h左右；砂型緊實度高且較均勻，澆注時變形小，鑄件精度高(可達CT10~ CT12級)，表面質量好(一般表面粗糙度為Ra 25~50 μm)。高壓造型機的種類很多，近年來國內外推廣應用的主要是多觸頭高壓造型機和射壓造型機。按分型方式，高壓造型機又分為水平分型和垂直分型兩種。相對來說，多觸頭高壓造型機多用于比較大的鑄件，而射壓造型機多用于比較小的鑄件。無箱射壓造型機結構簡單、緊湊，成線輔機少，生產效率高。只要工藝上合理，具備批量生產規模，用這種造型機是比較經濟的，特別適用于無芯或少芯的鑄件。其中，水平分型的射壓造型機更引起不少企業的關注，因為在工藝上不需要變動，又可省去大量價格昂貴且維修量大的砂箱，所以國內外目前應用較多。鑒于多觸頭高壓造型機的結構比較復雜，造價高，對設備的維修保養要求也較高，對工藝裝備如模樣、砂箱等要求高，尤其是噪聲較大，砂型緊實度分布不勻，為此，瑞士GF公司于1978年提出了燃氣沖擊造型工藝的專利，并于1980年出售了第一條生產線。該公司又于1982年開發售出了空氣沖擊造型生產線，隨后德國BMD公司于1983年也售出了第一條氣沖造型生產線。這種最新的造型方法可以一次緊實造型，能以較低的有效壓力得到較大的砂型強度和較高的緊實度。它的主要特點是：機器結構較簡單，砂型的緊實度高且分布均勻，能生產出較復雜的砂型，生產效率高，工作噪聲較低，對模樣選材無特殊要求。尤其是壓縮空氣沖擊造型機，不需要特殊的壓氣機，使用安全可靠，工作方便，是近年來發展較快、應用較廣的一種造型方法，在我國已有不少工廠投產應用。同時，空氣沖擊造型機在國內也已研制成功并設計制造出成套的氣沖造型線。但是，擁有較先進的成套技術設備的鑄造廠目前在我國還為數不多，僅限于汽車、內燃機、機床等一些大、中型企業。因此，提高我國鑄造生產機械化自動化程度，對于改善鑄件質量，節約能源與原材料，減輕勞動強度，增加企業效益，仍屬鑄造企業技術改造當務之急，有著極其重要的作用。

我國鑄造行業雖然已進入廠點多、產量大、門類齊全的世界鑄造大國行列，但與美、日、德、法等鑄造強國相比，還有相當大的差距。我國鑄造生產必須走優質、高效、低耗、清潔，可持續發展的道路，才能迅速由大變強。

世紀之交的技術經濟特征就是高新技術發展引發知識經濟的出現。知識經濟的實現方式主要有兩種途徑：一是高新技術的產業化；二是傳統產業的高新技術化。我國鑄造行業只有實現高新技術化才能面對國內外市場的激烈競爭。通過不斷吸收電子、信息、材料、能源、現代化管理等高新技術成果，與傳統鑄造技術相結合形成一批先進鑄造技術。它們不僅應用于鑄件開發及生產，而且也影響到組織管理、營銷、售后服務等環節，正顯著改變鑄造行業的技術面貌，使之以嶄新的形象展現在世人面前。

3.1.1.4 鑄造生產的基本工序及其操作過程

鑄造生產是一個復雜的操作過程，包括金屬材料和非金屬材料的準備、金屬熔化、造型、烘干、合型澆注及落砂清理等工序，金屬液凝固冷卻后才能獲得鑄件。

鑄造按生產方法不同，可分為砂型鑄造和特種鑄造。用砂型鑄造生產鑄件的方法，目前占鑄件總生產量的80%以上。

1．砂型鑄造生產的基本操作

(1)型砂和芯砂的制備。

造型、制芯所用的型(芯)砂的制備，是將按一定比例配合的造型材料，根據工藝要求進行混碾，達到符合造型要求的過程。

型砂是由原砂和黏結劑混制而成的。原砂是耐高溫材料，它是型砂的主體材料，常用二氧化硅(SiO2)含量較高的硅砂作為原砂。黏結劑的主要作用是把砂粒黏結在一起，常用黏結劑有黏土、水玻璃、樹脂等。

型砂的制備過程，包括配料、混合、發送。型砂的制備設備多采用碾(攪)輪式混砂機。

(2)造型、制芯。

造型是用型砂、模樣(芯盒)等工藝裝備，制造砂型芯。在實際生產中，由于鑄件的結構形狀、尺寸大小和技術要求等不同，致使造型、制芯方法多種多樣。

2．造型造芯方法分類與選擇

1)造型方法分類

(1)按鑄型種類分類。

干型：以黏土或膨潤土為黏結劑，砂型烘干后水分少、強度高、透氣性好，但成本高，勞動條件差，不易實現機械化、自動化。適用于結構復雜、質量要求高的單件、小批生產的各類鑄造合金的中大型鑄件。

濕型：以膨潤土或黏土為黏結劑，砂型不烘干，成本低，勞動條件好，機械化造型應用大多采用活化膨潤土砂高壓造型，可得到強度高、透氣性較好的砂型。適用于單件或大批大量生產的鑄鐵、有色金屬中小件及小型鑄鋼件。

表干型：只將表面層(15~80 mm)烘干，具有干型的優點而避免了一些缺點，比濕型強度高。一般用活化膨潤土砂，適用于結構較復雜、質量要求較高的單小批生產的中、大型鑄鐵件。

水玻璃砂型：強度高、硬化快、生產效率高、粉塵少，多采用CO2硬化。一般不需烘干，各種鑄件均可應用，尤其鑄鋼件和大型鑄鐵件應用較多。

樹脂砂型：強度高、自硬、精度高、易清砂、生產效率高，適用于各類鑄造合金的大、中型鑄件的單件或批量生產。

雙快水泥砂型：利用快凝、快硬的雙快水泥作黏結劑，具有自硬快的特點，生產效率高、勞動條件好、無縮沉、不黏砂，用于單件、成批的鑄鐵件生產。

石灰石砂型：以石灰石砂為原砂，常用水玻璃作為黏結劑，CO2硬化或自硬，易清砂，硅粉塵少，用于鑄鋼件生產，但易縮沉，澆注時產生大量CO2氣體。

(2)按模樣材料分類。

本模造型：生產準備周期短，但模樣易吸潮變形，不易起模，鑄件尺寸精度低，適用于單件、小批生產。

金屬模造型：模樣壽命長，表面光滑易起模，鑄件尺寸精度高，成本高，適用于大量、成批生產。

塑料模造型：模樣輕、造型方便、鑄件尺寸精度較高，使用壽命較長，但模樣修理困難。適用于大量、成批生產中、小簡單件。

(3)按砂型緊實成型方式分類。砂型緊實成型方式有手工造型和機器造型兩大類。

①手工造型方法分類、特點與適用范圍。

砂箱造型：在砂箱內造型，操作方便、勞動量較小。適用于大批，單件，大、中、小件均可。

脫箱造型：造型后取走砂箱，澆注時無箱或加套箱。適用于小件生產。

刮板造型：用刮板刮出砂型，節省制造模樣的工時和材料，但造型生產率低，用于單件、外形簡單的鑄件，尤其是圓形件組芯造型。鑄型由多塊型芯組成，可在砂箱內、地坑中或用夾具組裝，用于單件或成批結構復雜件的生產。

地坑造型：在地坑中造型，不用砂箱或只用蓋箱，操作復雜、生產周期長。常用于大、中型鑄件的單件生產。

劈模造型：將模樣和砂箱分成幾部分，分別造型，然后組裝，便于操作，但模樣、砂箱制造復雜。適用于大型復雜鑄件的中批量生產。

②機器造型分類、特點與適用范圍。

a．震實。

震擊緊實，機器結構較簡單，但鑄型上松下緊，生產率較低。適用于一般鑄件中、小批量，流動性較好的型砂。

b．壓實。

單向壓實：一般壓實比壓<0.4 MPa，機器結構較簡單，噪聲小，但緊實度不均勻。

差動壓實：首先壓頭預壓(上壓)，然后模樣面補壓(下壓)，最后壓頭終壓，比單向壓實緊實度和均勻度高。適用于簡單扁平鑄件中、小批量生產。差動壓實可生產較復雜鑄件。

c．震壓。

普通震壓：震擊后加壓補實，振幅30~80 mm，緊實度比震實式有所提高，但噪聲大，對設備基礎要求高。適用于一般鑄件的中、小批量生產。

高壓多觸頭：震擊頻率400~3000 Hz，小振幅8 mm，先微震后壓實或同時進行，緊實度及均勻度較高。適用于中小復雜鑄件的各種批量生產。

射壓：低壓射砂高壓壓實，壓實比壓：垂直分型>2 MPa，水平分型<1 MPa。鑄型緊實度及均勻度較高，噪聲小，生產率高。適用于結構較簡單的小件大批量生產，尤其適用于無芯或少芯鑄件。

d．氣流緊實。

靜壓造型：加砂后用0.45~0.8 MPa壓縮空氣緊實，再用壓頭補壓成型，設備結構較簡單，生產率高，噪聲低。適用于中小復雜鑄件的中、大批量生產。

氣流沖擊：利用壓縮空氣或燃氣沖擊波緊實鑄型，緊實度分布較均勻，設備結構簡單，噪聲低，能耗少，生產率高。適用于中、小復雜鑄件的大批量生產，可配自動線，也可用于中、小批量的機組造型。

動壓沖擊：動壓沖擊是將高壓多觸頭和沖擊造型結合起來的造型方法。觸頭可單獨控制，驅動氣壓可調，觸頭有效長度可達砂箱高度的70%，各觸頭間距及觸頭尺寸可根據需要而定，緊實頭的沖擊速度可達5m/s。適應于中、小復雜鑄件的大批量生產，尤其是適用于輪廓高度差懸殊的鑄件。

拋砂造型：用拋砂方式填砂和緊實，常需人工補實。適用于中、大鑄件的單件小批生產。

覆砂造型：在金屬型內腔覆蓋5~15 mm的砂層，可用樹脂砂或流態砂；鑄型剛度大，有利于消除球墨鑄鐵的縮孔和縮松。適用于大批量生產較厚大的球墨鑄鐵件，如曲軸等。

水玻璃砂真空CO2硬化造型法(VRH法)：將水玻璃砂砂型置于真空室或真空下，將水玻璃短時間充填密封的砂箱，以約0.05 MPa的負壓使CO2氣體通過砂型硬化。此法緊實度高且均勻。適用于各類鑄件的單件小批生產，尤其適用于尺寸大小接近的中小件。

真空密封造型(V法)：用單一干砂作原砂，用塑料薄膜經加熱后在帶有通氣眼和抽氣裝置的模樣上覆膜成型，密封砂箱，在真空下緊實、起模、下芯、合型、澆注，是一種物理造型法。適用于較簡單鑄件(如叉車平衡錘、鋼琴弦架、浴盆等)的中、小批量生產。

2)造芯方法分類

造芯有手工造芯和機器造芯兩類。

(1)手工造芯。

刮板造芯：節省制造芯盒的材料和工時，但操作復雜，生產率低，用于形狀簡單的旋轉體或斷面一致的單件大、中型芯。

芯盒造芯：利用芯盒內壁的形狀造芯，尺寸較準確，但生產率低，可制造各種形狀、尺寸的型芯，主要用于中、小批量生產。

(2)機器造芯。

震實式：震擊緊實，大型芯用風動搗固機輔助打實。噪聲大、生產率不高、基礎要求高，適于不填焦炭的中、大型型芯及小型芯的批量生產。

微震壓實式：在微震的同時加壓緊實型芯，生產率較高，制芯機較復雜，有噪聲，用于黏土砂、油砂的批量生產。

擠壓式：利用機械傳動，將芯砂從成型管中擠出而造芯，生產率高，用于成批大量生產斷面尺寸不變的形狀簡單的小型芯。

殼芯式：芯砂吹入芯盒，加熱結殼后傾出余砂，硬化成型，節省材料、尺寸精確、操作方便、生產率高，用于易于機械化、形狀不太復雜的中等型芯的大批量生產，使用樹脂覆膜砂。

冷芯盒法：原砂與冷芯盒樹脂混合后射入芯盒，吹氣硬化，尺寸精確、操作方便、生產率高、易于機械化，用于木、塑、金屬芯盒形狀復雜的中、小型芯的中、大批量生產，廣泛用于汽車、拖拉機鑄件。

熱芯盒法：射砂緊實，加熱硬化，尺寸精確，操作方便，生產率高，易于機械化，熱芯盒制造方便，但壽命較短。用于形狀復雜的中、小型芯的中、大批量生產，適用于呋喃樹脂砂和酚醛樹脂砂。

自硬砂流水線：混砂機、震實臺、起模機組成機械化流水線，一般造型與造芯在同一線上完成。適用于各種自硬砂的大型芯單件、小批、中批量生產。

3．砂型、砂芯烘干

在鑄造生產中，對于大、中型鑄件和質量要求較高的小型鑄件，都需要干砂型、表面烘干型或干芯澆注，以保證鑄件質量。除部分鑄型采用自硬或自然干燥方法使鑄型脫水或部分脫水外，大部分干砂型和表面烘干型都需要進行加熱、升溫、烘干處理去除型(芯)中的水分，使黏結劑固化，提高鑄型強度和透氣性，降低型(芯)的發氣量，提高鑄件的表面質量和減少鑄件缺陷。

不論是表層烘干或完全烘干型(芯)，其烘干過程都要經過下列3個階段：

①型(芯)預熱升溫階段。濕型(芯)裝在烘爐內，關掉大部分排氣煙道，用小火慢慢加熱提高爐溫，把熱氣保留在爐中，迫使爐氣水分飽和，延緩水分從型(芯)表面蒸發，使型(芯)內部逐漸預熱升溫，達到全部預熱，然后迅速提高爐溫，達到恒溫烘干溫度。

②水分蒸發恒溫階段。在恒溫蒸發過程中，型(芯)內部濕度大于外部，內部溫度低于外部，水分由型(芯)內部不斷往外遷移，熱能由型(芯)外部向內部不斷遷移，在熱能與水分的遷移作用下水分被蒸發。恒溫一段時間后開放全部排氣道，讓蒸發的水分排出爐外，新的干燥爐氣不斷進入爐內繼續吸收水分并帶出爐外，從而逐漸把型(芯)烘干。

③降溫冷卻階段。水分蒸發到規定要求后，停止加熱，并打開排氣道，爐溫慢慢降低，砂型或砂芯隨爐緩慢冷卻，隨著爐溫的降低，砂型和砂芯強度逐漸提高。

4．下芯、合型

合型是將砂型的各個組元如上型、下型、砂芯、澆口杯等，組合成一個完整砂型的操作過程。

經烘干的型(芯)應整齊地擺放在澆注場地，吹凈浮砂，按圖下芯后合型等待熔煉澆注。

5．鑄造合金及熔煉

金屬熔煉是通過熔煉爐對固態爐料進行加熱，將固態的金屬爐料熔煉成具有一定成分和溫度要求的液態合金，以滿足生產工藝需要的過程。

鑄件都由液態合金在鑄型中冷卻凝固而成(即使金屬焊接時，焊縫中也要發生結晶凝固過程)。因此，鑄造合金的液態結構、物理性質、結晶凝固特點以及鑄造合金在鑄造過程中所表現出來的工藝性能(也稱鑄造性能，包括流動性、收縮性、偏析、氣體及夾雜物等)對鑄件的質量有著極為重要的影響，是我們制定合理的鑄造工藝，獲得健全鑄件的重要依據。

鑄造合金熔煉一般工藝流程是：熔煉設備的檢查→澆注包的準備→爐料的準備→配料→裝料→啟爐熔化→調整成分→脫氧→扒渣→出鋼(出鐵)→澆注。

6．鑄造合金澆注

澆注是將熔融金屬，用澆包注入型腔的操作過程。澆注時，澆包要靠近澆口杯，并使澆口保持注滿狀態，以免熔渣進入型腔，使鑄件產生夾渣等缺陷。

7．落砂清理

落砂是鑄件凝固并冷卻到一定溫度后，用手工或機械的方法，使鑄件與砂型分開的過程。

清理是去除鑄件內外表面的黏砂和多余金屬，如澆冒口、飛邊毛刺、氧化皮等。

8．鑄件熱處理

為了消除鑄件中的鑄造應力，防止鑄件產生變形或裂紋，提高鑄件的力學性能和加工性能，必須對鑄件進行熱處理。鑄件經熱處理后，經過表面清理及嚴格檢驗合格后入庫。

3.1.2 鑄造工藝及設備

3.1.2.1 鑄造工藝設計的內容和原則

1．鑄造工藝設計的必要性

為了保證鑄件質量，對于鑄造過程中各個主要工序，如配砂、熔煉、造型和造芯、合箱澆注、清砂精整等，都要制定出工藝守則，它規定了各個工序中共同遵守和執行的一般的工藝操作方法。但是僅僅有工藝守則還不夠，由于鑄件的結構、技術要求等各不相同，它們的鑄造工藝還有其本身的特殊要求，所以必須根據鑄件的具體要求來編制各自的鑄造工藝。工藝守則和鑄造工藝設計是保證鑄件質量的兩項重要的技術管理措施。

鑄造工藝設計的意義在于以下幾點：

①有利于采用先進的工藝獲得高質量、低成本的鑄件。

②根據工藝進行工序檢查，產生鑄造缺陷時便于查找原因、采取糾正措施。

③根據工藝設計進行技術準備，如準備砂箱、芯骨、必要的工藝裝備和工具，有利于保證正常的生產秩序，方便生產計劃調度。

④可以不斷地積累和總結經驗，提高鑄造生產技術水平。

2．鑄造工藝設計的內容和決定條件

1)鑄造工藝設計的主要內容

在大多數情況下，鑄造工藝設計包括以下幾個方面：

①確定鑄件的澆注位置和分型面，畫出標有機械加工余量和拔模斜度的鑄件圖。可以在零件圖內畫出，也可以專門畫出。

②在鑄件圖上標出型芯的形狀、大小、分型分模面，完成模樣工藝圖。

③確定造型、造芯工藝方案，包括重要型、芯的舂砂方向、出氣方向、吊芯方向。

④確定澆冒口系統和冷鐵等的大小、形狀和位置，以及澆注溫度、澆注時間等。

⑤確定各型、芯的制造材料和方法。

⑥設計或選用專用的或標準的鑄造裝備，如砂箱、冒口模、外冷鐵、刮板架等。

⑦制定必要的工藝文件，如工藝卡片等。

⑧確定檢驗方法等。在不同條件下，鑄造工藝設計內容是不同的，有時非常簡略，如只確定分型面、機械加工余量和澆冒口系統等。

2)影響鑄造工藝的因素

在設計鑄件的工藝方案時，影響鑄造工藝的因素有以下幾個方面：

①鑄件的批量。大批生產和單件、小批量的工藝方案可能完全不同。

②鑄件的大小、用途。

③鑄造車間起重運輸設備的能力。

④現有的烘房、熔化爐、熱處理爐的容量。

⑤車間型砂、芯砂的種類和制備能力。

⑥車間現有砂箱、澆冒口等工藝裝備和在要求交貨期內生產專用工裝的可能性與經濟性。因此，在設計鑄造工藝方案前，應詳細研究零件圖、鑄件的工藝條件、使用時的工作條件、鑄件生產量的大小及交貨期限；同時，也應當考慮車間現有條件，并查明具有哪些適用的工裝工具，確定在交貨期內完成任務的可能性。

3．鑄造工藝設計的原則

①保證鑄件具有所要求的質量水平。

②所設計的工藝應保證盡可能低的成本。

③充分利用車間現有的設備，減輕操作工人的勞動強度，達到較高的勞動生產率。

④應盡量采用價格較便宜，容易采購到的原材料。盡量采用標準的或通用的工裝。必須設計專用工裝時，在保證質量和勞動生產率高的前提下，盡可能設計簡單、制造方便和成本較低的專用工裝。

⑤所設計的工藝應保證盡可能使大量的鑄件很快離開車間的生產現場，提高車間生產面積的利用率。

⑥使鑄件生產的上、下工序(模樣車間和機械加工車間等)成本最低。

⑦必須符合技術安全和環保衛生的規定，保證操作工人在較好的勞動環境下工作。

⑧同一鑄件可能有多種鑄造工藝方案，在保證鑄件質量和高的勞動生產率的前提下，應選擇最容易、最方便的方案。使對操作工人的技術要求較低，降低勞動力成本，并且減少因操作復雜而發生的鑄造缺陷。

鑄造工藝設計是根據鑄件要求、生產批量和生產條件，以及對鑄件的結構分析，確定鑄造工藝方案、工藝參數和工藝規程，編制工藝卡，設計工藝裝備的全過程，其理論基礎是鑄件成型理論。鑄件成型理論是研究鑄件從澆注金屬液開始，在充型、結晶、凝固和冷卻過程中發生的一系列力學、物理、化學的變化，包括鑄件內部的變化，以及鑄件與鑄型的相互作用。經過國內外鑄造界長期的研究和實踐，鑄件成型理論日趨成熟和系統化，成為指導鑄造工藝設計、完善鑄造工藝、防止產生鑄件缺陷、提高鑄件質量的重要理論基礎。

4．造型工藝選擇

造型工藝方法直接影響鑄件質量、工藝水平、工人勞動條件和綜合經濟效益等。選擇造型方法一般應考慮下列因素：

①鑄件材質、重量、技術要求等。例如，鑄件材質對鑄型硬度和強度的要求是鐵合金高于非鐵合金、球墨鑄鐵(因凝固過程中的石墨化膨脹)高于灰鑄鐵和可鍛鑄鐵、無錫青銅和黃銅(因凝固收縮大)應適中。

②生產性質、車間規模等。大批量生產單一鑄件品種時應優先考慮黏土濕型高緊實造型方法，并盡可能采用生產率和技術水平較高的專用設備(線)；單件小批生產、鑄件品種較多時應選擇適應性廣、生產組織靈活的工藝(可稱“柔性工藝”)，如自硬砂工藝，或特種鑄造工藝(如消失模鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造等)，并盡可能組成半機械化或機械化流水線。

③車間的現狀及外圍條件。車間的現狀及外圍條件主要有車間現有廠房條件、起重設備、現有工裝條件、操作與維修人員的技術水平、負責人的管理能力、原材料供應情況、動力供應狀況等。

④綜合經濟效益。在投資可能的前提下盡可能選用適用且先進的造型方法，若暫有困難應考慮分步實施的可能性。

⑤滿足節能、環保、安全及工業衛生等有關要求。

3.1.2.2 鑄造實例

1．特種車輛履帶板的鑄造生產

履帶板是特種車輛中的一種重要零部件。該產品為合金高錳鋼鑄件，材質要求高、鑄件壁薄、幾何形狀較為復雜，且兩銷耳孔尺寸要求高。因此，鑄造造型工藝選擇為真空實型(消失模)鑄造工藝，在真空實型鑄造生產線上生產。

1)履帶板真空實型鑄造工藝流程

工模具材料準備→充型→成型→修飾→刻寫批號→組裝→涂料→干燥→埋砂造型→抽真空澆注→落砂→清砂。

2)鑄造工藝方法生產過程

(1)工模具材料準備。

①聚苯乙烯珠粒的預發。

②聚苯乙烯珠粒熟化。

③做好生產前各種工模夾具及材料的準備工作。

(2)充型、成型。

①用壓縮空氣通過專用吸管將熟化后的聚苯乙烯珠粒吹入成型模具型腔內，珠粒充滿型腔后送入蒸汽壓力鍋，通過一定壓力且保壓一定時間，使之成型。

②成型后立即從蒸汽壓力鍋中取出放入流動冷水中冷卻至室溫。

③對成型汽化模(實型)進行一定溫度和時間的定型處置。

(3)修飾。

①修飾汽化模上的拔縫毛刺。

②按生產批次進行組批，按生產爐次順序用電烙筆在汽化模上的指定位置刻寫上爐次批號，并在刻寫的批號上用手指抹上涂料。

(4)組裝。按工藝圖工藝要求尺寸進行組裝，如圖3-2所示，每組4件。

組裝時，使用的黏結劑為白膠。白膠在使用前應用水稀釋，且盡量減少用量(因白膠發氣量大)。在必要時用牙簽進行加固。

(5)涂料。

①涂料為自制的專用水基涂料。

②涂料方法為浸涂。

③涂料層次為兩層，每層涂料需進行烘烤。

④涂料烘烤后，模組置于干燥室內存放，以防止受潮。

(6)埋砂造型。

①埋砂用砂為40/70目的干態擦洗砂，回用舊砂應設法去掉粉塵。

②砂溫以冷砂為最佳，有利于產品冷卻結晶，砂溫>60℃。

③埋砂時必須在微震工作臺上進行，微震時間在5~10 s，埋砂時要注意死角處，死角處必須用手工將砂填緊實。

④微震時將砂面抹平，露出直澆口，有利于覆蓋薄膜密封。

⑤覆蓋塑料薄膜密封。

⑥在直澆口處放上澆口杯，在密封的塑料薄膜上鋪一層30~50 mm厚的防護砂，等待澆注。

(7)抽真空澆注。

①在澆注前，啟動真空泵，然后打開水閥和真空管道閥門，并檢查真空效果。

②澆注時必須擋渣，并以低溫快速為最佳，中途不得斷流。

③澆注過程中真空度會下降，應隨時掌握調整到生產過程中的經驗理想值。

④澆注完后待到澆口杯中的鋼水凝固后，即可切斷真空。

⑤真空泵停機前必須先關閉真空管道閥門，防止泵內的水吸入蓄壓罐內，然后停機關閉水源。

(8)熔煉澆注。

熔煉過程工藝流程：檢查熔煉設備→準備爐料、澆包、工具→配料→裝料→送電熔化→出鋼→澆注。

采用無芯感應中頻熔煉爐，按照ZGMn13合金高錳鋼熔煉工藝將配料、裝爐的固態金屬爐料送電加熱熔化，經添加合金調整成分、脫氧、扒渣等工序，使其化學成分合格，金屬液溫度達到工藝要求后立即出爐澆注。

(9)落砂。

①鑄件冷卻時間：澆注完后至落砂冷卻時間>1h。

②落砂時鑄件應避免撞擊，防止鑄件和設備損壞。

(10)清砂。

①高錳鋼在熱處理前是脆性的，在清砂和去除澆冒口時應避免用大錘直接敲擊鑄件，以免造成裂紋使鑄件報廢。

②清除澆冒口后的鑄件分批堆(碼)放整齊，等待轉入熱處理等下道工序。

(11)熱處理。熱處理是鑄件生產不可缺少的一道工序。它是按熱處理工藝要求，將鑄件加熱到一定溫度范圍后立即入水，進行水韌處理。

(12)清理交庫。水韌處理后的履帶板經噴丸、打磨、拉孔等工序，最后交驗交庫。

3)鑄造工藝設備

(1)工藝裝備：發泡蒸缸金屬模、抽真空砂箱。

(2)生產工藝設備：0.25~1 t中頻感應熔煉爐、發泡蒸缸、燃氣蒸汽鍋爐、烘烤爐、埋箱澆注生產線。

2．傳動箱體的鑄造生產

傳動箱體是車輛上的重關零部件，其材質是鋁硅合金。該產品外輪廓尺寸相對較大、壁薄、幾何形狀極為復雜，相對尺寸、內外質量要求高，因此采用樹脂砂型(芯)+低壓鑄造工藝方法生產。

1)鋁合金箱體工藝操作流程

鋁合金箱體工藝操作流程：制備樹脂砂型(芯)→下芯、合箱→合金熔化→低壓鑄造→開箱清砂→切割澆冒口→精整→鑄件檢驗→鑄件熱處理→鑄件浸漆前精清。

2)鑄造工藝方法生產過程

(1)制備樹脂砂型(芯)。

①檢查模具、芯盒、砂箱是否完好，將模具、芯盒工作表面擦拭清理干凈并刷上一層脫模劑，安放好活塊，裝配緊固好芯盒。

②鋁合金箱體采用冷硬樹脂砂型(芯)，各種原材料如原砂(擦洗砂)、呋喃樹脂、固化劑等應符合鑄造工藝的要求。每批呋喃樹脂、固化劑用于生產前應檢測用其所配制的樹脂砂抗拉強度，作一次工藝檢查，不符合要求的原材料不能使用。對原砂中所加入的樹脂量，每天檢測一次其型砂、芯砂的抗拉強度。

(2)造型。

①先按鑄造工藝圖要求準備好冷鐵，并對冷鐵按X0987-033 B《鋁合金鑄件通用鑄造工藝指導書》進行處理。鋁質冷鐵使用過程中如有變形、損壞的應及時更換，整套鋁質冷鐵生產30臺份后應全部更換一次。

②兩型板造型時分別使用下型板和上型板造下箱與中箱，刮平分型面，待分型面上的樹脂砂基本固化(約1h)后，在分型面上均勻撒上干砂，并分別安放直澆口和冒口(每個冒口上要安放一個排氣塞)，扣上下砂箱和上砂箱進行填砂操作。

③三型板造型時分別使用上型板、中型板和下型板造上箱、中箱與下箱，在上型板的每個冒口上安放一個排氣塞，造好下箱后安放直澆口，扣上下砂箱進行填砂操作。

④造型時分批裝填型砂并用木質搗砂棒將型砂搗實。

⑤低壓鑄造時，加強鑄型的排氣是很重要的一環。鋁合金箱體上砂箱造型的原砂規格為50/100目或40/70目，并用通氣針在頂部距型腔表面扎小孔排氣，孔的數量為(8~10)個/100 cm2。

⑥冷硬呋喃樹脂砂型(芯)自硬1~3h后即可取模。

⑦樹脂砂自硬后進行翻箱取模，兩型板造型時先將下砂箱和上砂箱吊至修型區，三型板造型時先將下砂箱吊至修型區，再將上(中)、下型板與砂箱一起翻轉停穩后落下，吊起型板輕輕敲擊型板座，當模型移出砂型位置后再慢慢將型板翻轉。

⑧在下砂箱上標記直澆口中心線位置。

⑨認真檢查砂型有無開裂等，對砂型(芯)填砂松散的部位和取模跨砂或開裂部位應修補，首先除去修補部位的松散型砂，涂上型芯黏結劑，再敷上樹脂砂，待樹脂砂固化后修整。

(3)噴刷涂料。砂型(芯)自硬2~5h后方可噴刷涂料，使用商品鋁礬土酒精涂料，涂料時一定要將涂料攪和均勻，噴刷涂料時注意不要刷在冷鐵上。

(4)下芯合箱。

①將造好型涂好料的下箱放置在合箱區并用木方墊起，不能直接放置在地面上，否則會壓壞鑄型。

②按照鑄造工藝圖上型芯編號次序逐個將型芯穩妥地下入鑄型中。

③下芯操作按相關工藝或作業指導書進行。

④下芯中要檢查型芯是否有漏刷涂料的現象，如發現型芯個別部位漏刷，則應補刷涂料。

⑤下芯中要隨時吹出型腔中的浮砂及涂料粉塵。

⑥下完所有型芯后，對方便操作的型芯間隙最好用酒精涂料填滿修平。

⑦下完所有型芯后，吹凈型腔中的浮砂及涂料粉塵。

⑧合好中箱并按相關工藝或作業指導書檢查型腔水路。

⑨合上蓋箱。

⑩將合好的鑄型整體進爐烘干，進爐前在上箱與中箱、中箱與下箱之間用墊鐵墊起，便于爐氣有良好的循環，鑄型受熱均勻。

?將烘烤好的鑄型吊到合箱區，吊開上箱、中箱和下下箱，并將下箱用墊鐵墊起，合好中箱，按相關工藝或作業指導書檢查型腔水路。

?將型腔中的浮砂及涂料粉塵通過澆注系統吹出，合好下箱和下下箱，合箱前直澆口位置安放金屬過濾網片。過濾網片使用前除銹、去油處理并烘烤，處理好的過濾網應當班使用，若留作下一班使用，則需要重新處理、烘烤。

?在鋁合金液注入保溫爐以后，造型人員在升液管口周圍鋪上幾圈石棉繩，并將合好的鑄型吊上澆注平臺，注意對正直澆口與升液管的位置，用鑄型的重量和拉桿的拉力實現可靠密封。

?按相關工藝或作業指導書檢查型腔水路，合上蓋箱。

?將鑄型和澆注平臺用壓條及螺桿緊固，并在平臺T形槽內覆蓋型砂，防止鋁液流入T形槽內。

?鑄型各分型面縫隙填抹爛泥以防澆注時跑水。

(5)鋁合金熔煉。

①鋁合金熔煉使用砂型低壓鑄造機配套的坩堝電爐。

②爐料準備、工具準備、合金熔化、精煉、變質操作按照鑄造鋁硅合金熔煉澆注工藝進行。

③鋁液在坩堝電阻爐內進行精煉、變質后，澆注化學成分樣坨和力學性能試棒。

(6)低壓鑄造。

①低壓鑄造原理：在裝有金屬液的坩堝中通入干燥的壓縮空氣(或惰性氣體)于保持一定溫度的金屬液的表面上，使金屬液沿著升液管自下而上通過澆道進入型腔，待金屬液充滿型腔后，增大氣壓，并使液面上的氣體壓力保持至鑄件完全凝固，然后解除壓力，使升液管和澆道中未凝固的金屬液回落到坩堝內，即完成一個低壓鑄造過程，開型后獲得所需的鑄件。

②低壓鑄造的工藝過程包括升液、充型、增壓結晶凝固、卸壓、冷卻等階段。

③砂型低壓鑄造機由碳棒電阻保溫爐及密封坩堝系統、液面加壓系統、移動控制臺以及與之配套的坩堝電阻爐組成。

④使用砂型低壓鑄造機澆注前應對設備進行密封性試驗。試驗方法如下：密封升液管口和保溫爐加料口蓋，啟動設備，模擬澆注過程，檢查低壓鑄造機運行是否正常，密封坩堝系統是否漏氣。

⑤升液管。

升液管采用無縫鋼管與鑄鋼構件(帶保溫套)焊接，升液管應具有良好的氣密性，要求全焊縫，無滲漏。

升液管離坩堝底部的距離為50~100 mm。

升液管在裝入保溫爐前其表面黏附的殘渣及氧化皮必須清理干凈，升液管經預熱、刷涂料，再裝入保溫爐中。

升液管裝入保溫爐中時，應事先在升液管的錐度部分纏上3~4圈沾有水玻璃的石棉繩。

升液管裝入保溫爐前應放置好升液管上下密封件，以“小心輕放、垂直向下”的原則放置。

升液管每件更換或處理一次。

⑥保溫爐。

保溫爐操作，通過保溫爐控制柜完成下列操作：

a．控制電源開關扭到“通”的位置，電源指示燈亮。

b．按下“保溫爐加熱啟動”按鈕，“保溫爐加熱工作”指示燈亮。

c．按下“保溫套加熱啟動”按鈕，“保溫套加熱工作”指示燈亮。

⑦低壓鑄造機保溫爐，只能用于潔凈的鋁合金液的保溫或升溫，不能在保溫爐內進行鋁合金的熔化。

⑧保溫爐必須在澆注前5~7h送電升溫，待爐膛達到一定溫度后方可裝入鋁合金液，澆注時保溫套溫度應達到500℃以上。鋁合金液轉移到保溫爐使用專用漏斗和通過升液管，漏斗出水口距保溫爐底部不超過50 mm。

⑨打開保溫爐加料口，放好澆注漏斗，鋁合金液使用熔化坩堝澆注入澆注漏斗，然后鎖緊加料口蓋。

⑩鋁合金液轉移到保溫爐內需進行二次除氣。

(7)澆注。

①澆注過程各階段參數設置。

②將控制柜上“自動-(加壓)-手動”開關擰在“自動”擋上。

③一切準備就緒后，同時按下移動操作臺上“自動啟動1”和“自動啟動2”按鈕即開始澆注。

④觀察澆注過程顯示，紅色曲線表示設計參數曲線，藍色曲線表示實際參數曲線，觀察壓力表指示值變化情況，凝固階段壓力值應為接近0.075 MPa的壓力，液面加壓控制系統執行工藝過程后留模冷卻。

⑤合金液從變質結束到充型完畢不得超過45 min，否則鋁液不允許用于澆注鋁合金箱體。工作完成后待爐內壓力變為0，然后關閉總氣源，才能打開加料口蓋。

⑥低壓鑄造機使用完畢后，一定要將保溫爐內殘余鋁液清理干凈。清理時注意扒渣工具不要接觸到碳棒，否則會造成碳棒的損壞。

(8)開箱清砂。

①松開鑄型與澆注平臺緊固用的壓條和螺桿，將砂箱一起吊運到開箱區。

②鑄件澆注后夏季5h，冬季4h后方可開箱，即把鑄件連同冒口從砂箱內清出。

③鑄件冷卻到室溫后方可清理內腔型砂。清砂時注意不要損傷產品和定位冷鐵。

④對鑄件進行水力清砂，把鑄件內外表面黏附的型砂清理干凈。

(9)切割澆冒口、精整。

①鑄件的澆冒口切割按鑄件工藝毛坯圖在專用設備上進行，對過大的澆冒口余根可采取其他方法去除，非加工表面上的澆冒口余根必須修整齊平。

②箱體鑄件內外壁表面要求光潔，必須鏟凈飛邊毛刺，修光表面，達到有色金屬鑄造技術條件要求。

③操作者在鑄件清理過程中要注意檢查產品是否有鑄造缺陷，如發現鑄造缺陷應立即提請現場技術人員處理。

④鑄件上的鑄造缺陷鑿至健全的金屬后再進行焊補。

⑤焊補后檢查補焊部位表面質量，焊區不允許有裂紋、縮孔、未焊透、分層、咬邊、未熔合等，補焊后應將焊補部位打磨平整。

⑥鑄件上作為畫線基準、加工基準的所有平面應打磨平整。

⑦按工藝要求焊接防熱處理變形工藝拉筋和機加工藝塊。

(10)鑄件檢驗。

①鑄件自檢合格后提交檢驗員檢驗。

②鑄件化學成分應符合相關技術條件的規定。

③鑄件的尺寸和幾何形狀應符合毛坯圖樣及技術條件的一切要求。

④鑄件清理質量應符合技術條件的要求。

⑤檢查鑄件鑄造印記(批號)是否清楚可辨，與生產批次是否相符。

⑥檢查鑄件是否有超過圖樣規定的變形，對變形較大的鑄件允許用機械方法校正，校正后檢查應無裂紋。

⑦按鋁合金箱體X射線探傷檢查工藝規程對鋁合金箱體鑄件進行X射線探傷檢查。

⑧鑄件的力學性能檢測在熱處理后進行，鑄件交驗時必須提供12根同爐熔煉的合格試棒并隨鑄件轉入下道工序。

3)鑄造工藝設備

(1)工藝裝備：上、中、下金屬型板，金屬芯盒，金屬樣板，塞規，上、中、下砂箱，等等。

(2)生產工藝設備：電阻式坩堝熔化爐、樹脂砂混砂機、低壓鑄造機、砂型烘烤爐、射芯機等。

3．傳動箱體葉輪的鑄造生產

葉輪采用樹脂砂型芯+金屬型重力鑄造的工藝方法生產。

1)葉輪鑄造工藝流程

葉輪鑄造工藝流程如圖3-3所示。

2)鑄造工藝方法生產過程

(1)渦輪葉片金屬型的制造。

新制的渦輪鋁合金葉片種子模和葉片金屬型，必須按規定打印上工裝編號。

新制造葉片金屬型必須鑒定合格后才能用于批量生產。

模具鑒定：通過產品出廠試驗，驗證葉片金屬型和其他工裝能滿足產品質量要求。

同一種產品同時有兩套合格葉片金屬型用于生產時，它們所澆注的合金葉片必須嚴格分開，不能混用于同一個鑄件上。

葉片金屬型組合：澆注合金葉片時金屬型必須組合嚴密，其接合面目視檢查不能有透光的間隙，不允許有金屬型定位銷松動現象。

合金葉片必須由專人進行修飾。修飾時用銼刀將葉片分型面上的飛邊、毛刺修整平齊，對葉片兩側曲面只能用砂紙輕輕拋光，以保證葉片表面光滑平整。葉片修飾后由操作者按產品葉片數量分組，檢驗員對每組葉片隨機抽取50%進行外觀檢驗，若出現外觀檢驗不合格，則由操作者返工，返工完成后檢驗員對該組葉片進行全數檢驗，如復驗不合格，則該組葉片全部報廢，檢驗合格后方能進行葉片與循環圓的修配。

葉片修配：合金葉片與內外循環圓在芯盒中試裝、修配時，首先每組葉片須與芯盒形成的外循環圓貼合緊密，目視檢查其接合面不能有透光的間隙，再在要與內循環圓模樣接觸的葉片表面上涂刷紫羅蘭，然后將內循環圓模樣在葉片上反復旋轉，及時對葉片上的凸處修銼并涂刷紫羅蘭，當每一個葉片與內循環圓模樣接觸面不少于2/3后，葉片修配工作才算完成。每組葉片自檢合格后提交檢驗，檢驗合格后方可進行下道工序。

葉片噴刷涂料：合金葉片檢驗合格后需噴刷涂料。

葉片涂料的烘烤：對涂料后的葉片需烘烤以除去水分。

(2)型芯質量控制。

①葉輪的型芯組成。葉輪所有型芯均為呋喃樹脂自硬砂制造。葉輪型芯每套都有4個型芯，制芯按有色金屬鑄造呋喃樹脂自硬砂配制及造型工藝進行。

②葉輪型芯制造工藝流程。葉輪型芯制造工藝流程如圖3-4所示。

③葉輪1#型芯制造按有色金屬鑄造呋喃樹脂自硬砂配制及造型工藝進行。

④葉片型腔清理：形成葉片型腔的1#型芯冷卻到室溫后便可對葉片型腔進行清理，清除型芯上黏附的合金，并用膏狀涂料修補已損壞的葉片型腔尖角部位。

⑤葉輪1#型芯用涂料的涂料施涂方法：采用刷涂法+浸涂法。先用毛筆將涂料刷涂到形成產品的型芯表面，要求不能露白，然后將型芯形成產品的部分全部浸入涂料桶中，待5~15 s后取出。

⑥型芯烘烤：將施涂好涂料的型芯放在臺車式電阻爐內烘烤，保溫結束后臺車式電阻爐斷電，型芯在臺車式電阻爐內冷卻到室溫后，將型芯取出。

⑦型芯型腔清理：用自制專用工具將葉片型腔中的涂料堆積物清理干凈。

(3)金屬型準備。

①金屬型澆注前預處理。葉輪外形由金屬型形成，金屬型澆注前其工作表面應經噴丸(砂)處理，之后噴涂涂料并加熱到規定的溫度。

②金屬型噴涂涂料。葉輪金屬型涂料方法采用噴涂法，噴涂前金屬型預熱，噴涂1次，噴涂涂料時應保證排氣塞暢通。

③金屬型加熱。澆注前將葉輪金屬型加熱，并在一定溫度下保溫，涂料層的顏色以黃色為最佳。

(4)鋁合金熔化澆注質量控制。

①鋁合金熔化澆注工藝流程。鋁合金熔化澆注工藝流程如圖3-5所示。

②鋁合金熔煉。

a．鋁合金熔煉使用坩堝電爐。

b．爐料準備、工具準備、合金熔化、精煉、變質操作按照鑄造鋁硅合金熔煉澆注工藝進行。

c．鋁合金液在坩堝電阻爐內進行精煉，變質后，澆注化學成分樣坨和力學性能試棒。

③下芯。經烘烤的型芯必須用于當天澆注，澆注前將清理好型腔的型芯按下芯順序下入金屬型內，下芯時觀察并調整芯頭的間隙至均勻，再放上澆口杯，壓上重量適當的壓鐵待澆。

④澆注。當鋁合金液溫度達到葉輪澆注溫度時，對合完型的鑄型進行澆注，鋁合金液從變質開始到產品澆注完畢的時間為45 min以內。

⑤葉輪鑄件在鑄型中冷卻到一定溫度以后才能開型取出鑄件。

⑥在澆注產品前澆注化學成分試樣2件，在全部產品澆注完畢后澆注力學性能試棒不少于12根。

(5)葉輪鑄件后處理質量控制。

①葉輪鑄件后處理工藝流程。葉輪鑄件后處理工藝流程如圖3-6所示。

②鑄件清砂。鑄件須冷卻到室溫后才能清砂，清砂時嚴禁用大錘敲打鑄件，但允許用風鏟反復敲打鑄件澆冒口，清砂過程中不允許傷及產品。

③鑄造批號。在產品外部底面和產品內循環圓上打上鑄造批號與件號印記。

④除去澆冒口和澆注系統。用車削加工方法除去澆冒口和澆注系統。

⑤鑄件表面清理。因鑄型分芯、芯頭間隙所形成的鑄件披縫、飛刺要清除并打磨齊平，鑄件內外表面上的黏砂要清除干凈，鑄件澆冒口余根符合鑄造工藝毛坯圖的要求，精整葉片內腔，其表面粗糙度達到Ra 6.3。

⑥鑄件的鑄態補焊。若鑄件出現能夠鑄態補焊的鑄造缺陷，應將缺陷清理干凈，按鑄造鋁合金零件補焊通用規程進行焊補，焊補表面要打磨齊平。

(6)鑄件檢驗。鑄件按鑄造工藝毛坯圖和有色金屬鑄造技術條件進行檢驗。

檢驗員要對葉輪生產過程進行工序檢驗，認真填寫葉輪鑄造工序檢驗卡，并妥善保存。

3)鑄造工藝設備

(1)工藝裝備：金屬型、金屬芯盒、葉片金屬型、量規等。

(2)生產工藝設備：電阻式坩堝熔化爐、樹脂砂混砂機、砂型烘烤爐、射芯機、重力澆注機、砂輪機等。

3.1.2.3 鑄造設備

1．模樣

鑄造工藝裝備主要包括模樣、模板、芯盒、砂箱、澆冒口模、芯骨、烘芯板、專用壓頭、定位銷(套)及造型、下芯用的夾具、樣板、模具和量具等。

鑄造生產中使用的模樣按結構形式可分為整體模樣、分開式模樣、刮板模樣、骨架模樣等。按制作材料可分為木模、金屬模、塑料模、泡沫塑料汽化模等。

1)木模

木模是用木料制成的模樣。它具有質輕、價廉、易加工成型及制作周期短等優點，但容易變形和損壞，因此一般用于單件或小批量生產。如果實現了木材的綜合利用，改型材為層膠板的形式，并配合改進木模涂裝(如采用表面金屬噴鍍等措施)，同樣也能用于機械化造型線大批量生產。木模有時也用來制作金屬模、塑料模的母模。

2)金屬模

金屬模是用金屬制成的模樣。它具有強度高、尺寸精確、表面光潔、耐磨耐用等優點，但也有制模周期長、成本高的缺點，常用于大批量機械化生產。傳統的工藝流程為：工藝技術準備→制造母模→鑄造金屬毛坯→機械加工→裝配成模。隨著科技的發展，國內已采用了許多制模新工藝，如電鑄法、陶瓷型及自硬樹脂砂鑄造金屬模樣，更為先進的是利用計算機進行編程直接加工金屬模，既快速又精確。

用來鑄造金屬模毛坯的模樣稱為母模。制作母模時相當于把金屬模看作一個鑄造零件進行鑄造工藝設計。

3)塑料模

塑料模是以環氧樹脂塑料為主要原材料的模樣。由于它具有接近金屬模樣的使用質量，又有制作木模那樣短的生產周期和較低的成本，所以在鑄造生產中得到廣泛的應用。

4)泡沫塑料汽化模

泡沫塑料汽化模是用聚苯乙烯泡沫塑料制成的模樣。用這種模樣造型后不必取出，當澆注高溫金屬液時，模樣被燃燒汽化而消失，金屬液取代原來泡沫塑料的位置，凝固后形成鑄件。這種方法也稱“消失模”或“汽化模鑄造”，是一種鑄造新技術，近年來在國內外廣泛應用。

2．模板

模板有整鑄式模板、裝配式模板、鑄鐵模板、鑄鋼模板、鑄鋁模板、塑料模板、雙面模板、單面模板、導板模板、漏模模板、坐標模板、快換模板、組合模板、頂桿起模模板、頂框起模模板等。

3．芯盒

芯盒是制造砂芯的模具。制造砂芯除用車板、刮板外，大多采用芯盒。生產實踐表明，合理的芯盒結構對砂芯的質量、產量、鑄件成本及勞動條件有著重要影響。

4．砂箱

砂箱是鑄造車間使用的主要工藝裝備之一。合理的砂箱結構和尺寸對獲得優質鑄件，提高勞動生產率有很大作用。

5．其他工藝裝備

其他工藝裝備包括壓砂板、填砂框、砂箱托板、套箱、澆注系統模具、烘芯板、砂芯修磨用具、砂芯檢驗用具等。

6．造型、落砂、清理、熔煉設備

①混砂機、松砂機和篩砂機。

②造型機、射芯機、震實臺、拋砂機、機械化造型線。

③落砂機、清砂室、水力清砂裝置、清理機、滾筒、拋丸清理機、噴丸清理室。

④壓鑄機、低壓鑄造機、離心鑄造機、重力澆注機、熔模鑄造設備。

⑤熔煉設備：沖天爐、工頻無芯感應電爐、中頻感應電爐、電弧爐。

3.1.3 鑄型

鑄型用型砂、金屬或其他耐火材料制成，包括形成鑄件形狀的空腔、型芯和澆冒口系統的組合整體。砂型用砂箱支撐時，砂箱也是鑄型的組成部分。按其鑄造工藝方法的不同可分為砂型鑄型、金屬型鑄型、金屬型+砂芯組合鑄型、熔模鑄造鑄型、消失模實型鑄型、陶瓷鑄型、石膏型鑄型等。

3.1.4 鑄造材料

鑄造材料是用于鑄造生產的原材料和工藝材料。鑄造工藝材料是在鑄造生產的熔煉、澆注、造型材料制備、造型(芯)等過程中所用的消耗性材料，不包括可轉化為鑄件的金屬材料。

3.1.4.1 造型材料

1．原砂

自然界中砂和土都是巖石的風化物，它們常常是混雜在一起的，其中還包含其他一些雜質。在鑄造上將顆粒直徑小于等于22 μm的稱為泥分，大于22 μm的稱為砂。在砂和土的混合物中，泥量的質量分數大于50%的稱為泥，否則稱為砂。鑄造用砂通常分為硅砂、非硅質砂兩類。

①硅砂理論上是指礦相為石英的SiO2顆粒，由粒徑0.05~33.35 mm的石英顆粒組成。

②硅砂以外的砂統稱非硅質砂，亦稱特種砂，作為鑄造用原砂的非硅質砂，主要有鋯砂、鉻鐵礦砂、橄欖石砂、剛玉砂等。

原砂經篩分后，以相鄰三篩殘留量之和為最大值的三篩為主要粒度組成部分，再以主要粒度組成部分的最粗篩和最細篩的目數表示粒度，如40/70目、50/100目、70/140目等。

2．鑄造常用黏結材料

1)鑄造用黏土

黏土是鑄造生產中廣泛使用的一種黏結劑。根據其礦物組成不同，可分為普通黏土和膨潤土兩類。

(1)普通黏土。

普通黏土俗稱白泥，呈白色或灰白色。普通黏土的牌號以耐火度等級和強度等級表示。在強度等級中，前者為濕壓強度等級，后者為干壓強度等級。例如，耐火度高的、濕壓強度值為30~50 kPa、干壓強度值<500 kPa的普通黏土牌號為NG-3-50。

(2)膨潤土。

膨潤土主要由蒙脫石和黏土礦物質所組成，具有較大的吸水膨脹性、膠體分散性、吸附性、離子交換性和濕態黏結性能。鑄造用膨潤土可分為鈉基膨潤土和鈣基膨潤土，分別以PNa和PCa表示。膨潤土的牌號以分類、分級代號順序排列表示。例如，濕壓強度值30~50 kPa、熱濕拉強度值0.5~1.5 kPa的酸性鈣膨潤土，其牌號為PCaS-3-5。

2)鑄造用合成樹脂

合成樹脂是一種高分子量的化合物，其主要化工原料是尿素、甲醛、苯酚及糠醇等。鑄造用合成樹脂種類很多，按其化學結構可分為3類：呋喃樹脂、酚醛樹脂和酚脲烷系列樹脂。在鑄造生產中，多按工藝應用情況分類，如自硬法用樹脂、殼型(芯)用樹脂、熱芯盒法用樹脂、冷芯盒法用樹脂等。常用酸固化自硬法用呋喃樹脂和熱芯盒法用酚醛樹脂。呋喃樹脂一般選用原則：無氮樹脂常用于鑄鋼件和重要鑄鐵件，中氮樹脂多用于鑄鐵件，高氮樹脂可用于有色金屬鑄件。

熱芯盒法用樹脂：熱芯盒法用樹脂有糠醇改性的脲醛樹脂、酚醛改性的脲醛樹脂、糠醇改性的脲醛樹脂和脲醛樹脂等。使用時須加固化劑加熱固化。

3)鑄造用水玻璃

水玻璃亦稱硅酸鹽黏結劉，俗稱泡花堿。鑄造工業中用作黏結劑的水玻璃，都是鈉系硅酸鹽，即鈉水玻璃。鈉水玻璃是由Na2O和SiO2為主要組成物的多種化合物的水溶液，是非常復雜的混合物。常用的水玻璃中，固體含量在30%~60%，其余為水。固體物質中Na2O與SiO2的質(重)量比在2.0~3.5，并含有少量雜質。水玻璃呈堿性，pH=10~14。水玻璃中，SiO2含量與Na2O含量的比，是影響水玻璃性能的最重要的特性，習慣用“模數”m來表示。模數是水玻璃中SiO2的摩爾數與Na2O的摩爾數之比。

4)油類黏結劑

鑄造常用油類黏結劑分植物油和礦物油兩類，多用于比較復雜的型芯。

植物油類有桐油、亞麻油、改性米糠油。

礦物油類有鑄造用合脂黏結劑、渣油黏結劑。

5)其他黏結劑

其他黏結劑有紙漿廢液黏結劑、淀粉類黏結劑、糊精等。

3．其他添加材料

①抗黏砂材料有煤粉、石墨粉、重油。

②偶聯(增黏)劑。

③涂料用懸浮劑和增稠劑有鈉基膨潤土、鋰基膨潤土、有機改性膨潤土、凹凸棒土、羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙烯醇(PVA)。

4．常用型砂種類

①黏土砂有濕型砂、干型砂和表干砂。

②水玻璃砂。

③樹脂砂。

④合脂砂及其油類砂。

5．鑄造涂料

鑄造涂料是涂覆于鑄型或芯子表面上的涂料，是改善鑄件表面質量的重要手段之一。在20世紀50年代廣泛研制各種專用涂料的基礎上逐漸形成了新的鑄造涂料體系，其主要特點如下：

①將流變學和膠體化學等新學科的理論用于涂料的研究，對涂料的認識不斷深化。

②涂料的組成中采用各種新材料，包括耐火材料、黏結劑、懸浮穩定劑、表面活性劑等。

③涂料的制備逐步由簡單的攪拌轉到采用化工產品生產的工藝，除提供直接使用的涂料外，還可根據用戶的要求制成膏劑或粉劑。

涂料的種類繁多，一般可分為水基涂料和有機溶劑涂料2種。

①水基涂料為以水作載體的涂料。水基涂料應用廣泛。因為水價格便宜、無任何污染，且比較容易獲得許多優良性能，如懸浮性、涂刷性、流平性、觸變性等。但水基涂料層需烘干后再澆注。

②有機溶劑涂料為以有機溶劑作載體的涂料。用得最多的是各種醇類，特稱醇基涂料。其中靠溶劑揮發使涂層固化的稱自干涂料，靠點燃有機溶劑使涂層固化的涂料稱自燃快干涂料。因其涂層固化后可直接進行澆注，可與水玻璃自硬砂、樹脂自硬砂及擴大應用濕型砂配合應用，具有不需烘干、周期短等優點，應用日趨廣泛。

3.1.4.2 筑爐材料

筑爐材料分為堿性筑爐材料、酸性筑爐材料和中性筑爐材料3種。

①堿性筑爐材料，如鎂砂、鎂鋁尖晶石(合成)。

②酸性筑爐材料，如硅砂(SiO2)(即石英砂)。

③中性筑爐材料，如莫來石(3 Al2O3· 2 SiO2)、剛玉(3 Al2O3)、鋯石(ZrO2·SiO2)、鋁礬土等。

④硼酸。

⑤其他筑爐材料，如石棉板、石棉布等。

3.1.5 鑄件的質量

影響鑄件質量的因素有以下幾個。

1．鑄造生產過程的質量控制

鑄件占各種機器與設備的零件重量的50%~80%，是機械制造的基礎零件，其質量對于確保機械的精度、可靠性和壽命，降低某些產品的物耗和能耗，都有舉足輕重的影響。鑄件一般很少直接作為產品使用，而是加工成零件再裝配成機器或其他產品后，才具有使用性能，因此鑄件質量是產品質量的重要組成部分。機械產品的發展和質量水平往往在很大程度上取決于鑄件的質量水平。例如，內燃機的缸體和缸蓋，由于內燃機功率的提高，氣缸內的溫度和壓力也相應提高，因此要求鑄件散熱好、壁要薄，力學性能好，強度高。在鑄件生產時，通過鐵液高溫過熱和孕育處理，控制鑄件的顯微組織，使其共晶因數少于350個/cm2，控制石墨的形態使尖片狀石墨變成鈍片狀，結果使缸體和缸蓋在高溫下不漏氣，且強度高，耐磨性能好，使汽車大修里程達5×105km；拖拉機的發動機由于強度提高、壁薄，重量大大減輕；材質性能提高使鑄造活塞環使用壽命達5000 h以上；機床床身鑄件由于提高強度和剛度，不僅精度容易保持，而且可采用薄壁鑄件，使產品重量減輕；很多化工設備上用的高硅鑄鐵耐酸泵，使用壽命可達一二十年。

由此可見，要提高產品的質量，首先必須提高構成產品的鑄件的質量。鑄件質量一般包括3個方面：

①內在質量，包括鑄件材料質量(化學成分、金相組織、冶金缺陷、物理力學性能和某些特殊性能等)和鑄件的內部鑄造缺陷。

②外在質量，一般包括鑄件表面質量(表面粗糙度、表面硬層深度及硬度等)、尺寸和重量精度(尺寸公差、形位公差、重量公差)和外表鑄造缺陷。

③使用質量，包括切削性能、焊接性能和工作壽命等。

鑄件成本是產品成本的重要組成部分，要降低產品的成本，就必須盡可能地降低鑄件成本。長期以來，對鑄件質量沒有引起足夠的重視，特別是對鑄件的內在質量和生產成本，很多廠家習慣用廢品率作為鑄件質量的考核指標，事實上廢品率的高低不能代表鑄件質量的優劣，它只能反映企業的技術水平和管理水平，對內在質量和生產成本的忽視更使鑄件在國內外市場上缺乏競爭力。

鑄造生產過程是一個復雜的過程，工序繁多，相關因素來自很多方面。當前普遍存在一些問題，如鑄件質量低(特別是內在質量)、生產成本高(效率低、能耗高)、環境污染嚴重。造成這些問題的原因可歸納為以下幾點：

①鑄造質量標準不完善、不明確。在我國現有的國家標準、部頒標準和技術指導性文件中，關于鑄造的質量標準少且質量要求低，有一部分是20世紀六七十年代制定的，急需重新修訂并向國際標準靠攏。只有完善并嚴格貫徹執行鑄造質量標準，我國鑄造生產的質量問題才能逐步得到解決。

②鑄造用各種原材料質量低。沒有高質量的原材料就很難生產出高質量的鑄件。例如，低硫低磷生鐵、優質的鑄造焦炭很難保證供應，鑄造用砂沒有統一的生產管理機構，質量無法保證，其他原、輔材料都有類似情況。

③管理水平落后。在很長的一段時間內，不少的企業都把鑄件的最終檢驗當成質量控制的主要手段，在推行全面質量控制以后，這種情況并未得到根本的改變，這是消極的質量控制方法。應該檢查和控制整個鑄造生產過程，并利用統計學的原理，事先發現并控制生產過程中可能產生的不正常因素，從而達到不斷穩定生產過程和降低廢品率的目的，只有這樣才能提高產品質量和降低生產成本。

④工藝、技術水平相對落后。要提高鑄件質量，首先要靠先進的科學技術和質量管理，從我國目前現狀來看，當務之急是提高管理水平，但從根本上看，還是要提高科學技術水平。

⑤鑄造測試技術缺乏。要提高鑄件的質量，不僅要有高質量的原材料、先進的科學技術和嚴格的質量管理制度，還要靠先進的測試技術和手段。提高檢測技術水平是鑄造生產從經驗走向科學化的重要環節。

綜上所述，鑄造生產過程中影響鑄件質量的主要因素來自4個方面：

①生產的組織和管理。

②原材料、設備和工藝裝備的質量。

③各種工藝參數的控制質量。

④生產者的操作質量。

其生產過程必須貫徹“市場導向”的現代管理原則，降低生產成本，縮短生產周期，改善客戶服務，從而提高企業競爭力。

2．技術準備過程的質量控制

對于機械制造業，產品正式生產前的技術準備過程包括產品研制、產品設計及試制、產品的鑒定與定型、工藝和工裝的設計與制造、工藝與工裝的試制和定型等過程。只有完成這些過程以后，才能將產品正式投入生產。這個技術準備過程的質量，對產品質量起著決定性作用。

就鑄造生產而言，雖然一般不進行產品設計，而是按產品圖樣生產鑄件，但需要根據產品零件圖樣設計鑄件圖，并按鑄件圖樣設計工藝和工裝及鑄件的驗收條件，再根據工裝圖制造工裝，如果是新產品或老產品需修改工藝，還要對工藝和工裝進行驗證與鑒定。顯然，鑄件結構和工藝方案及工裝設計是否正確、合理，工裝制造是否符合精度要求，對鑄造質量起著重要的作用。因此，要控制鑄造質量，首先就要控制工藝技術準備過程的質量。

(1)質量標準的制定。

制定并完善鑄造質量標準，是保證和提高鑄件質量的前提條件，如鑄造用材料標準、鑄件質量標準(鑄件精度標準、鑄件表面及內部缺陷的修補標準)等。

(2)鑄件設計。

一個鑄件的設計是否合理，不僅對鑄件質量有很大影響，而且對鑄件生產成本有很大影響。在接到要生產的鑄件的零件(或鑄件圖)以后，首先要進行鑄造工藝審查，以便做到選材正確和結構合理。

(3)鑄造工藝、工裝設計及驗證。

如何正確設計工藝及工裝，前面章節已有論述，在此僅就如何控制工藝及工裝的質量加以討論。

①鑄造工藝水平的確定。鑄造工藝水平包括鑄造方法、生產的機械化水平和工裝系數等方面。在設計鑄造工藝方案前，首先要確定鑄造工藝水平，即首先要確定采用什么鑄造方法，是砂型鑄造還是特種鑄造。如采用砂型，是用黏土砂還是用其他種類的型砂(水玻璃砂、水泥砂、樹脂砂等)；是手工造型還是機器造型；是用油芯還是用殼芯或熱芯、盒芯等。

確定鑄造工藝水平的依據首先是必須保證鑄件質量的要求，同時還要考慮生產成本和本廠(車間)的具體條件。在一般情況下，鑄造工藝水平越先進，工藝裝備越完善，鑄件質量就越容易保證，鑄造廢品率也越低。另外，鑄造工藝水平越高，用于一次性投資的費用也越多，故應進行必要的經濟分析。

②工藝及工裝試制。鑄造生產過程復雜，在生產一個新產品或老產品需修改工藝方案時，首先應對工藝方案進行驗證，即先小批量試制，以便考察工藝方案能否滿足鑄件質量要求，只有通過驗證證明是正確的工藝方案，才能正式投放生產。如果通過試制，證明工藝方案不能滿足要求，則必須修改或重新制訂工藝方案，再進行試制和驗證，直到合格為止。

單件小批量生產時，對工藝方案進行正規的驗證有困難，也應當生產一兩件并進行初步鑒定后，才能繼續生產。

對大批量生產的復雜零件，工藝驗證分兩步進行：一是工藝試驗及鑒定，其目的是檢查鑄件的設計質量、工藝性、使用性能和所采用的工藝方案及工藝路線的合理性與經濟性。二是試生產鑒定，其目的是檢查生產穩定性。只有通過了工藝試驗鑒定以后，才能進行試生產鑒定，工藝試驗頻率由試制鑄件的復雜性和重要性、生產批量及尺寸大小等因素決定。

3．生產工藝過程的質量控制

鑄件質量首先取決于工藝方案是否正確，應在技術準備過程中得到解決；其次取決于生產過程的質量和穩定性。鑄造生產過程是一個復雜的過程，涉及原材料準備、造型(造芯)、熔煉、澆注、清理等多個工序，每個鑄件的質量幾乎取決于每一道工序工藝過程的質量，所以對生產管理的要求較高。在實際生產中，往往由于工序管理不善等原因導致鑄件質量得不到保證，材料消耗大，廢品率高。因此，嚴格控制鑄造生產過程每一道工序的質量，就顯得極為重要。

1)原材料的質量控制

沒有合格的原材料，就生產不出合格的產品，要控制鑄件的質量，就必須控制原材料的質量。

2)設備及工裝的質量控制

(1)設備。

設備質量直接影響鑄件質量。必須保持設備和檢測儀器的完好。為此，要做到以下幾點：

①為每一臺主要設備和儀器建立技術檔案。

②制定并完善主要設備和儀器的操作規程與責任制度。

③對設備和儀器進行精心的維護與保養。

④對設備和儀器進行定期檢查與調校。

(2)工藝裝備。

工裝質量對鑄件質量(特別是鑄件精度)有重大影響。工藝裝備應由制造部門按照技術標準要求負責全面檢查，使用部門進行復檢驗收。允許在試制過程中調整和修改工裝，但不允許不經檢查和未做合格結論的工裝直接投入生產。

工裝在使用過程中會磨損變形，從而降低鑄件精度，直到出現廢品。因此，要對工裝定期進行檢查，檢查使用的量具和樣板要符合精度要求，并經定期標定。

(3)工藝過程的質量控制。

生產過程的操作是保證鑄件質量的重要條件。操作者的經驗、局限性、個人的精神狀態、身體條件和責任心都將給鑄件質量帶來各種影響。為確保產品質量，要求保持生產過程的穩定。因此，必須對鑄造生產各主要工藝過程制定完善和正確的操作規程(工藝守則)與鑄件工藝卡。

貫徹并使操作者嚴格執行操作規程，嚴守工藝紀律，正確的方法應當是加強中間檢查，對每一道工序的質量(特別是主要工藝參數和執行操作規程的情況)進行嚴格的控制，使任何一道不合格的工序都消除在最后形成鑄件之前。

要做到以上的要求，需具備2個條件：

①建立完善的檢查制度和執行這一職能的機構。

②采用先進和科學的測試方法與手段，并對所測得的數據進行科學的分析和處理。

3.1.6 計算機在鑄造生產中的應用

21世紀的到來，市場競爭日趨激烈，用戶需求趨向多樣化，要求企業反應快捷、靈敏，及時供貨并最大限度地降低成本。同時，經濟的全球化和國內市場的國際化，促使鑄造企業的生產經營面向國際。中國加入世界貿易組織(WTO)，這對我國鑄造業來說既是機遇更是挑戰。我國鑄造企業多屬勞動力密集型企業，提高鑄件質量以增強企業競爭力，應從技術和管理兩方面著手，我國鑄造業的進一步發展再靠傳統模式進行管理已經很難滿足要求，必須借助現代化企業管理的最新成果——管理信息系統使鑄造企業管理現代化。

1．管理信息系統

管理信息系統(MIS)是一個高度集成化的人機系統。它通過應用計算機及各種分析和決策模型，完成各種事務處理、報表編制及查詢統計等工作，為企業解決庫存儲備高，流動資金占用多，交貨期長而又不準，設備和工時利用率低，生產柔性差，業務數據零散、重復、混亂、不準確、不暢通等急需解決的問題，以及為組織機構的作業、管理和決策職能提供信息支持。MIS的應用為企業帶來明顯的經濟效益，它使得庫存量減少，業務處理速度加快，準確性提高，明顯降低了生產成本和服務成本，節省了開支，縮短了生產周期，提高了企業的市場競爭力。MIS的功能、應用領域和概念外延隨著計算機技術的發展而不斷拓展。從早期的單機用戶到主機終端系統，再到客戶/服務器體系。而今，隨著Internet技術的廣泛應用和迅速發展，構筑Internet網絡的先進技術和方法逐漸滲透到企業網絡的建設中，MIS又有了新的發展。

2．基于Intranet的管理信息系統

Intranet是采用Internet技術建立的企業內聯網絡，是一個相對比較獨立的企業內部專用網絡。它以TCP/IP(互聯網協議)協議作為基礎，以Web為核心應用，構成統一和便利的信息交換平臺。Intranet基本上繼承Internet的網絡技術，又具備自己的特點，僅供企業內部使用。

目前，我國的一些鑄造企業已成功引入了管理信息系統，從而為企業帶來了顯著的效益，也大大提高了企業生產的管理水平。

3．QS 9000與鑄造生產

在企業的質量管理系統中，ISO 9000提供了質量體系標準的基礎，但是其要求是非行業性的。QS 9000標準是美國福特、克萊斯勒和通用汽車公司在ISO 9000標準的基礎上，補充增加了汽車制造業及三大公司的特殊要求形成的。它絕不是ISO 9000的簡單翻版，而是要為供應商提供一條預防缺陷、持續改進及減少質量波動與浪費的途徑。QS 9000標準于1994年8月問世，1995年2月完成第二版修訂，1998年8月推出第三版，并從1999年1月1日開始正式實施。我國也已引入該體系，并且開始在全國推行。

QS 9000標準包括7個文件，分成7冊出版：

①QS 9000質量體系要求。

②質量體系評審(QSA)。

③生產件批準程序(PPAP)。

④產品質量先期策劃和控制計劃(APQP)。

⑤失效模式及影響分析(FMEA)。

⑥基礎統計過程控制(SPC)。

⑦測量系統分析(MSA)。

實施QS 9000標準，接受世界級考驗，有利于促進企業管理水平和產品質量的提高。

3.1.7 新技術

1．鑄造工藝設計技術方面

1)高效、智能化

快速制造：快速成型及快速制模。

自動化制造系統：鑄造過程自動檢測與控制，鑄造機器人、機械手的應用。

智能制造：人工智能在鑄造生產中的應用。

2)數字、網絡化

數字制造：鑄造工藝CAD(計算機輔助設計)、鑄造模具CAD/CAM(計算機輔助制造)一體化、MRP(物資需求計劃)及ERP(企業資源計劃)在鑄造企業的應用。

虛擬制造：鑄造過程宏觀模擬及工藝優化、鑄件組織微觀模擬及性能壽命預測。

網絡制造：分散網絡化鑄造系統。

3)柔性、集成化

柔性制造：鑄造FMC(中間層模塊)、FMS(柔性制造系統)。

計算機集成制造：鑄造CIMS(計算機集成制造系統)。

快速易重組制造：系統快速換模技術。

4)精密、優質化

精密成型與加工、近無缺陷成型與加工：精確鑄造成型、高比強合金精密鑄造金屬熔體的純凈化致密化，鑄件安全可靠性評估。

5)交叉、綜合化

并行制造：并行環境下鑄造CAD/CAF(計算機輔助流程) /CAM一體化。

復合成型與加工：半固態鑄造、噴鑄技術、復合材料鑄造及復合鑄造。

6)低耗、清潔化

綠色制造：清潔鑄造技術、鑄造廢棄物的再生回用。

7)精益、快捷化

精益生產：鑄造企業精益生產模式。

快捷制造：虛擬鑄造企業及鑄件電子商務。

2．鑄造生產技術方面

①多年的生產實踐表明，具有成本低、污染小、效率高、質量好等優點的射壓、氣沖造型和靜壓造型等高度機械化、自動化、高密度濕型造型工藝，將成為我國今后中、小型鑄件生產的重要發展趨勢。

②通過開發無污染或少污染的黏結劑、催化劑、固化劑，研究與之配套的環保處理設備，廣泛應用和發展樹脂自硬砂、冷芯盒自硬工藝、溫芯盒法及殼型(芯)法。

③研究水玻璃的凈化及改性以提高其黏結性能，開發新型水玻璃砂、舊砂再生回用工藝及設備，進一步推廣酯硬化水玻璃砂在中、大型鑄鋼件上的應用。

④特種鑄造作為一種實現少余量、無余量加工的精密成型技術，將向著精密化、薄壁化、輕量化、節能化方向發展。特種鑄造主要有熔模鑄造、壓鑄、低壓鑄造。實型鑄造(EPC)技術也有廣泛的發展前途。